DE102018100585A1 - TUNABLE BAND PASS FILTERS - Google Patents

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Emilio A. Sovero
Jongchan Kang
Mohiuddin Ahmed
James Chingwei Li
Cynthia D. Baringer
Yen-Cheng Kuan
Timothy J. Talty
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Abstract

Ein abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter wird bereitgestellt, der eine Bandpassfilterschaltung mit allen Abstimmkomponenten für die auf dem Einzelchip gebildete Bandpassfilterschaltung aufweist, um eine programmierte Mittenfrequenz für das abstimmbare Bandpassfilter bereitzustellen. Die Bandpassfilterschaltung kann eine Vielzahl von seriell gekoppelten einstufigen Biquad-Filterstufenschaltungen beinhalten, die mit einem Eingang gekoppelt sind, der auf dem Einzelchip ausgebildet und dazu konfiguriert ist, ein bandpassgefiltertes Ausgangssignal an einen Ausgang zu liefern, der auf dem Einzelchip gebildet ist. Die bandpassgefilterte Ausgabe kann durch einen Ausgabepuffer bereitgestellt werden, der auf dem Einzelchip gebildet ist. Der Einzelchip umfasst beinhaltet einen Abstimmeingang zum Empfangen von Daten zum Abstimmen, die in einem Datenregister gespeichert sind, das auf dem Einzelchip ausgebildet ist. Das Datenregister stellt den Abstimmkomponenten Steuerbits bereit, die einen programmierbaren Widerstand enthalten, der auf die Steuerbits anspricht, um den programmierbaren Widerstand zu variieren, um die programmierte Mittenfrequenz einzustellen.A tunable single-chip bandpass filter is provided having a bandpass filter circuit with all of the tuning components for the on-chip bandpass filter circuit to provide a programmed center frequency for the tunable bandpass filter. The bandpass filter circuit may include a plurality of serially coupled single stage biquad filter stage circuits coupled to an input formed on the single chip and configured to provide a bandpass filtered output signal to an output formed on the single chip. The bandpass filtered output may be provided by an output buffer formed on the single chip. The single chip includes a tuning input for receiving data for tuning stored in a data register formed on the single chip. The data register provides control bits to the tuning components that include a programmable resistor responsive to the control bits for varying the programmable resistance to adjust the programmed center frequency.

Description

EINLEITUNGINTRODUCTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf abstimmbare Bandpassfilter und insbesondere auf einen abstimmbares Einzelchip-Bandpassfilter mit allen Abstimmkomponenten auf dem Einzelchip.The present invention relates generally to tunable bandpass filters, and more particularly to a tunable single-chip bandpass filter having all of the tuning components on the single chip.

Bandpassfilter haben eine breite Vielfalt von Anwendungen in verschiedenen Signalverarbeitungsanwendungen. Abstimmbare Bandpassfilter sind solche Filter mit einstellbarer Mittenfrequenz, die durch Einstellen verschiedener Abstimmkomponenten (z. B. Widerstände und Kondensatoren) ausgewählt werden können. In einigen Anwendungen werden aktive Bandpassfilter auf integrierten Schaltungen gebildet, jedoch ist es üblich, dass einige oder alle der Abstimmkomponenten außerhalb des Chips angeordnet sind. Wie zu erkennen ist, erhöhen chipfreie Abstimmkomponenten im Allgemeinen die physikalische Größe des abstimmbaren Bandpassfilters und können die Leistung bei höheren Frequenzen vermindern.Bandpass filters have a wide variety of applications in various signal processing applications. Tunable band pass filters are those adjustable center frequency filters that can be selected by adjusting various tuning components (eg, resistors and capacitors). In some applications, active bandpass filters are formed on integrated circuits, however, it is common for some or all of the tuning components to be located off-chip. As can be seen, chip-free tuning components generally increase the physical size of the tunable bandpass filter and may decrease performance at higher frequencies.

Dementsprechend ist es wünschenswert, einen abstimmbaren Bandpassfilter bereitzustellen, bei dem alle Abstimmkomponenten auf einem Einzelchip mit der Bandpassfilterschaltung angeordnet sind. Zusätzlich ist es wünschenswert, einen abstimmbaren Bandpassfilter bereitzustellen, der über einen weiten Frequenzbereich digital abgestimmt werden kann. Außerdem werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung und den hinzugefügten Ansprüchen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und dem Hintergrund der Erfindung sichtbar.Accordingly, it is desirable to provide a tunable bandpass filter in which all tuning components are arranged on a single chip with the bandpass filter circuit. In addition, it is desirable to provide a tunable bandpass filter that can be digitally tuned over a wide frequency range. Furthermore, other desirable features and characteristics of the present invention will become apparent from the following detailed description of the invention and the appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings and the background of the invention.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Ein abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter wird bereitgestellt, der eine Bandpassfilterschaltung aufweist, die auf dem Einzelchip mit allen Abstimmkomponenten für die auf dem Einzelchip ausgebildete Bandpassfilterschaltung ausgebildet ist, um eine programmierte Mittenfrequenz für den abstimmbaren Bandpassfilter bereitzustellen. Die Bandpassfilterschaltung kann eine Vielzahl von seriell gekoppelten einstufigen Biquad-Filterstufenschaltungen beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt, um einen Filter dritter oder fünfter Ordnung bereitzustellen. Der Bandpassfilter ist mit einem Eingang gekoppelt, der auf dem Einzelchip ausgebildet und dazu konfiguriert ist, ein bandpassgefiltertes Ausgangssignal an einen Ausgang zu liefern, der auf dem Einzelchip ausgebildet ist. Die bandpassgefilterte Ausgabe kann durch einen Ausgangspuffer bereitgestellt werden, der auf dem Einzelchip gebildet ist. Der Einzelchip enthält mindestens einen Abstimmeingang zum Empfangen von Daten zum Abstimmen aller Abstimmkomponenten. Die Abstimmdaten können in einer seriellen Programmierschnittstelle empfangen und in einem Datenregister gespeichert werden, das auf dem Einzelchip ausgebildet ist. Das Datenregister liefert Steuerbits an alle Abstimmkomponenten, die einen programmierbaren Widerstand beinhaltet, der auf die Steuerbits anspricht, um den programmierbaren Widerstand und somit die programmierte Mittenfrequenz zu variieren. Die Abstimmkomponenten können auch einen spannungsvariablen Kondensator beinhalten, der auf eine Spannungseingabe auf dem Einzelchip reagiert, um die programmierte Mittenfrequenz einzustellen, sind aber nicht darauf beschränkt.A tunable single-chip bandpass filter is provided having a bandpass filter circuit formed on the single chip with all tuning components for the single-chip bandpass filter circuit to provide a programmed center frequency for the tunable bandpass filter. The bandpass filter circuit may include a plurality of serially coupled single stage biquad filter stage circuits, but is not limited to providing a third or fifth order filter. The bandpass filter is coupled to an input formed on the single chip and configured to provide a bandpass filtered output signal to an output formed on the single chip. The bandpass filtered output may be provided by an output buffer formed on the single chip. The single chip contains at least one tuning input for receiving data for tuning all tuning components. The tuning data may be received in a serial programming interface and stored in a data register formed on the single chip. The data register provides control bits to all tuning components, including a programmable resistor responsive to the control bits for varying the programmable resistance and thus the programmed center frequency. The tuning components may also include a voltage variable capacitor responsive to voltage input on the single chip to adjust the programmed center frequency, but are not limited thereto.

Es wird ein Verfahren zum Programmieren einer Mittenfrequenz eines abstimmbaren Einzelchip-Bandpassfilters bereitgestellt, bei dem alle Abstimmkomponenten auf dem Einzelchip angeordnet sind. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen von Abstimmdaten und das Speichern der Abstimmdaten in einem Datenregister. Steuerbits von dem Datenregister werden den Abstimmkomponenten bereitgestellt, die einen programmierbaren Widerstand aufweisen, der auf die Steuerbits anspricht, jedoch nicht darauf beschränkt ist, um einen Widerstandswert des programmierbaren Widerstands zu variieren, um die Mittenfrequenz zu programmieren.A method is provided for programming a center frequency of a tunable single-chip bandpass filter in which all tuning components are disposed on the single chip. The method includes receiving tuning data and storing the tuning data in a data register. Control bits from the data register are provided to tuning components having a programmable resistance that is responsive to, but not limited to, the control bits to vary a programmable resistance value to program the center frequency.

Figurenlistelist of figures

Die vorliegende Offenbarung wird nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und

  • 1 ein Blockdiagramm des abstimmbaren Einzelchip-Bandpassfilters gemäß exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 ein Blockdiagramm des abstimmbaren Einzelchip-Bandpassfilters gemäß exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein Blockdiagramm einer Bandpassfilterschaltung dritter Ordnung für den abstimmbarem Einzelchip-Bandpassfilter von 1 oder 2 ist;
  • 4 ein Blockdiagramm einer Bandpassfilterschaltung fünfter Ordnung für den abstimmbarem Einzelchip-Bandpassfilter von 1 oder 2 ist;
  • 5 ein schematisches Diagramm des einstufigen differenziellen Biquad-Filters von 3 oder 4 ist;
  • 6 ein schematisches Diagramm einer programmierbaren Widerstandsschaltung von 5 ist;
  • 7 ein schematisches Diagramm eines spannungsvariablen Widerstands von 5 ist;
  • 8 ein schematisches Diagramm eines Ausgabepuffers von 1 oder 2 ist; und
  • 9 ein Diagramm ist, das tatsächliche Messungen des programmierbaren Frequenzbereichs der Mittenfrequenz des abstimmbaren Einzelchip-Bandpassfilters von 1 oder 2 zeigt, realisiert mit der Filterschaltung der 3. Ordnung von 3.
The present disclosure will be described below in conjunction with the following drawing figures, wherein like numerals denote like elements, and
  • 1 FIG. 4 is a block diagram of the tunable single chip bandpass filter according to exemplary embodiments of the present disclosure; FIG.
  • 2 FIG. 4 is a block diagram of the tunable single chip bandpass filter according to exemplary embodiments of the present disclosure; FIG.
  • 3 a block diagram of a third-order bandpass filter circuit for the tunable single-chip bandpass filter of 1 or 2 is;
  • 4 a block diagram of a fifth-order bandpass filter circuit for the tunable single-chip bandpass filter of 1 or 2 is;
  • 5 a schematic diagram of the single-stage differential biquad filter of 3 or 4 is;
  • 6 a schematic diagram of a programmable resistance circuit of 5 is;
  • 7 a schematic diagram of a voltage variable resistor of 5 is;
  • 8th a schematic diagram of an output buffer of 1 or 2 is; and
  • 9 is a diagram of the actual measurements of the programmable frequency range of the center frequency of the tunable single-chip bandpass filter of 1 or 2 shows, realized with the filter circuit of the 3rd order of 3 ,

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die Erfindung oder die Anwendung und die Verwendungen der Erfindung nicht einschränken. Darüber hinaus besteht keinerlei Verpflichtung zur Einschränkung auf eine der im vorstehenden Hintergrund oder in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargestellten Theorien.The following detailed description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention or the application and uses of the invention. In addition, there is no obligation to be bound by any of the theories presented in the preceding background or the following detailed description.

1 veranschaulicht einen monolithischen (Einzelchip) abstimmbaren aktiven Bandpassfilter 100 gemäß exemplarischen Ausführungsformen. Der abstimmbare aktive Bandpassfilter 100 der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle Abstimmkomponenten, die sich auf der Einzelchip-Filtermatrize 102 befinden. Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „alle Abstimmkomponenten“, dass sich alle Abstimmkomponenten (z. B. Widerstände und Kondensatoren) auf dem gleichen Filterchip mit der Bandpassfilterschaltung befinden und dass sich keine Abstimmkomponenten extern (oder außerhalb des Chips) der Filtermatrize 102 befinden. 1 illustrates a monolithic (single chip) tunable active bandpass filter 100 according to exemplary embodiments. The tunable active bandpass filter 100 The present disclosure includes all tuning components that reside on the single-chip filter die 102 are located. As used herein, the term "all tuning components" means that all of the tuning components (eg, resistors and capacitors) are on the same filter chip with the bandpass filter circuit and that there are no tuning components external (or off-chip) of the filter die 102 are located.

Der abstimmbare aktive Bandpassfilter 100 beinhaltet eine Bandpassfilterschaltung 104, die ein zu filterndes Eingangssignal von einem Eingang 106 empfängt, der auf der Filtermatrize 102 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen umfasst der Eingang 106 einen differenziellen Eingang, der an 50 Ohm angepasst ist, obwohl andere Impedanzen in anderen Implementierungen angepasst sein können (z. B. 75 Ohm). Der Bandpassfilterausgang 108 von der Bandpassfilterschaltung 104 wird an einen Ausgangspuffer 110 bereitgestellt, um ein gefiltertes Ausgangssignal 112 mit den geeigneten Ansteuerpegeln an einen Ausgang 114 zu liefern, der auf der Filtermatrize 102 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen hat der Ausgabepuffer 110 eine Einheitsverstärkung, während in anderen Ausführungsformen einige Anwendungen bereitgestellt werden können. Gemäß exemplarischer Ausführungsformen kann die Bandpassfilterschaltung 104 als kaskadierte Stufen eines aktiven Biquad-Bandpassfilters realisiert werden, wie nachfolgend erörtert wird. In einigen Ausführungsformen implementiert die Bandpassfilterschaltung 104 Bandpassfilter der 3. Ordnung, während in anderen Ausführungsformen ein Filter der 5. Ordnung realisiert wird. Es versteht sich, dass das Filter höherer Ordnung eine Frequenzantwort mit einer steileren Steigung als ein Filter niedrigerer Ordnung aufweist, die einen schärferen oder deutlicheren Bandpassfilter bereitstellt.The tunable active bandpass filter 100 includes a bandpass filter circuit 104 which receives an input signal to be filtered from an input 106 which is on the filter die 102 is arranged. In some embodiments, the entrance includes 106 a differential input fitted to 50 ohms, although other impedances may be matched in other implementations (eg, 75 ohms). The bandpass filter output 108 from the bandpass filter circuit 104 is sent to an output buffer 110 provided a filtered output signal 112 with the appropriate drive levels to an output 114 to deliver on the filter die 102 is arranged. In some embodiments, the output buffer has 110 a unity gain, while in other embodiments some applications may be provided. According to exemplary embodiments, the bandpass filter circuit 104 as cascaded stages of an active biquad bandpass filter, as discussed below. In some embodiments, the bandpass filter circuit implements 104 3rd order bandpass filter, while in other embodiments, a 5th order filter is realized. It is understood that the higher order filter has a frequency response with a steeper slope than a lower order filter that provides a sharper or clearer bandpass filter.

Der abstimmbare aktive Bandpassfilter 100 enthält einen Abstimmeingang 116 auf der Filtermatrize 102, der einen seriellen Programmierschnittstellen(SPI) seriellen Datenübertragungsstrom 118 empfängt. Der Abstimmeingang 116 ist mit einer SPI-Schnittstelle 120 gekoppelt, die den seriellen Datenstrom 118 in Abstimmdaten 122 umwandelt, die in ein Datenregister 124 geladen werden. Die Abstimmdaten im Datenregister 124 werden als Steuerbits 126 bereitgestellt, die zu den verschiedenen Stufen der Bandpassfilterschaltung 104 geleitet werden. Die Steuerbits 126 modifizieren die chipinternen Abstimmkomponenten der Bandpassfilterschaltung 104, um die gewünschte Mittenfrequenz für das Bandpassfilter auszuwählen. In einigen Ausführungsformen werden vier Steuerbits ausgewählt, um 16 verschiedene Zustände zum Programmieren der Mittenfrequenz der Bandpassfilterschaltung 104 bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen ist ein weiterer Abstimmeingang 128 auf der Filtermatrize 102 vorgesehen, der mit einem anderen Abstimmelement der Bandpassfilterschaltung 104 gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst der Abstimmeingang 128 einen Spannungseingang, der die Kapazität eines spannungsvariablen Kondensators modifiziert, der als eines der chipinternen Abstimmelemente der Bandpassfilterschaltung 104 konfiguriert ist, wie nachstehend erörtert wird.The tunable active bandpass filter 100 contains a tuning input 116 on the filter die 102 , which is a serial programming interface (SPI) serial data transfer stream 118 receives. The tuning input 116 is with an SPI interface 120 coupled to the serial data stream 118 in voting data 122 converts that into a data register 124 getting charged. The tuning data in the data register 124 be considered tax bits 126 provided to the various stages of the bandpass filter circuit 104 be directed. The control bits 126 modify the on-chip tuning components of the bandpass filter circuit 104 to select the desired center frequency for the band pass filter. In some embodiments, four control bits are selected to have 16 different states for programming the center frequency of the bandpass filter circuit 104 provide. In other embodiments, another tuning input is 128 on the filter die 102 provided with another tuning element of the bandpass filter circuit 104 is coupled. In some embodiments, the tuning input includes 128 a voltage input that modifies the capacitance of a voltage variable capacitor that functions as one of the on-chip tuning elements of the bandpass filter circuit 104 is configured as discussed below.

2 zeigt eine weitere exemplarische Ausführungsform des abstimmbaren Bandpassfilters 100', wobei gleich nummerierte Komponenten gleiche Funktionen wie oben in Verbindung mit 1 beschrieben bereitstellen. In der Ausführungsform von 2 wird die SPI-Schnittstelle 120 nicht verwendet, und der abstimmbare Bandpassfilter 100' wird direkt programmiert, indem dem Datenregister 124 Programmierdaten 122 bereitgestellt werden. 2 shows another exemplary embodiment of the tunable bandpass filter 100 ' where like numbered components have the same functions as above in connection with 1 provide described. In the embodiment of 2 becomes the SPI interface 120 not used, and the tunable bandpass filter 100 ' is programmed directly by the data register 124 programming data 122 to be provided.

Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 und 2 veranschaulichen die 3-4 eine exemplarische Filterschaltung 104' und 104", die aus seriell kaskadierten Biquad-Bandpassfilterschaltungen 300 gebildet sind, um eine abstimmbare Bandpassfilterschaltung 3. Ordnung104' und abstimmbare Bandpassfilterschaltung 5. Ordnung 104" bereitzustellen. In der exemplarischen Ausführungsform der 3. Ordnung 104' empfängt jede Stufe 300 vier Steuerbits, um die chipinternen Abstimmkomponenten jeder Stufe auf die gewünschte Mittenfrequenz zu programmieren. Dementsprechend wird der Filterschaltung 104' in 3 ein 12-Bit-Steuerwort (das die Steuerbits 0-11 enthält) der Abstimmdaten 126 bereitgestellt. In ähnlicher Weise wird der Filterschaltung 104" in 4 ein 20-Bit-Steuerwort (das die Steuerbits 0-19 enthält) der Abstimmdaten 126 die bereitgestellt.With continued reference to 1 and 2 illustrate the 3 - 4 an exemplary filter circuit 104 ' and 104 ' consisting of serially cascaded biquad bandpass filter circuits 300 to form a 3rd order tunable bandpass filter circuit 104 'and tunable bandpass filter circuit 5 , order 104 ' provide. In the exemplary embodiment of the 3rd order 104 ' receives each level 300 four control bits to set the on-chip tuning components of each stage to the desired center frequency program. Accordingly, the filter circuit 104 ' in 3 a 12-bit control word (which is the control bits 0 - 11 contains) the voting data 126 provided. Similarly, the filter circuit 104 ' in 4 a 20-bit control word (which is the control bits 0 - 19 contains) the voting data 126 the provided.

5 ist ein Schaltungsdiagramm einer exemplarischen einzelnen Stufe eines Biquad-Bandpassfilters 300, wie in 3-4 veranschaulicht. Wie zu erkennen ist, ist ein Biquad-Bandpassfilter ein Zweipolfilter, der durch eine erste Stufe 500 und eine zweite Stufe 502 erzeugt wird, die jeweils einen Operationsverstärker 504 bzw. 506 verwenden. In einer vollständig differentiellen Implementierung hat jede Stufe 500 und 502 geschlossene Rückkopplungsschleifen von dem nichtinvertierenden Eingang zu dem invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 504, 506 und von dem invertierenden Eingang zu dem nicht invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 504, 506. In der ersten Stufe 500 besteht die Rückkopplungsschleife aus einem Widerstand 508 und einem Kondensator 510. In der zweiten Stufe 502 wird der Kondensator 510 in der Rückkopplungsschleife verwendet. Zwischen der ersten Stufe 500 und der 2. Stufe 502 wird der nichtinvertierende Ausgang des Operationsverstärkers 506 über einen Abstimmwiderstand 512 zu dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 504 zurückgeführt. In ähnlicher Weise befindet sich der Widerstand 512 in der Rückkopplungsschleife von dem invertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 506 zu dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 504. Im Betrieb ist das differentielle Eingangssignal 106 über Widerstände 514 mit dem Eingang des Operationsverstärkers 504 der ersten Stufe resistiv gekoppelt. Der Bandpassfilterausgang 108 wird von dem Differenzausgang des Operationsverstärkers 504 genommen, der durch einen Abstimmwiderstand 512 mit dem Operationsverstärker 506 der zweiten Stufe gekoppelt ist. 5 Figure 4 is a circuit diagram of an exemplary single stage of a biquad bandpass filter 300 , as in 3 - 4 illustrated. As can be seen, a biquad bandpass filter is a two-pole filter that passes through a first stage 500 and a second stage 502 is generated, each having an operational amplifier 504 respectively. 506 use. In a fully differential implementation, each stage has 500 and 502 closed feedback loops from the non-inverting input to the inverting output of the operational amplifier 504 . 506 and from the inverting input to the non-inverting output of the operational amplifier 504 . 506 , In the first stage 500 If the feedback loop consists of a resistor 508 and a capacitor 510 , In the second stage 502 becomes the capacitor 510 used in the feedback loop. Between the first stage 500 and the 2nd stage 502 becomes the non-inverting output of the operational amplifier 506 via a tuning resistor 512 to the inverting input of the operational amplifier 504 recycled. Similarly, the resistance is 512 in the feedback loop from the inverting output of the operational amplifier 506 to the noninverting input of operational amplifier 504. In operation, the differential input signal 106 about resistances 514 with the input of the operational amplifier 504 the first stage is resistively coupled. The bandpass filter output 108 is from the differential output of the operational amplifier 504 taken by a tuning resistor 512 with the operational amplifier 506 coupled to the second stage.

Wie zu erkennen ist, ist die Mittenfrequenz der Biquad-Filterschaltung 300 gegeben durch die Gleichung: Mittenfrequenz = 1/2CfRf, worin Rf der Widerstand 512 ist und Cf der Kondensator 510 ist. Demgemäß kann durch Variieren des Widerstands 512 und/oder des Kondensators 510 die Mittenfrequenz der Biquad-Filterschaltung 300 eingestellt werden. Gemäß einigen exemplarischen Ausführungsformen wird der Kondensator 510 auf einem konstanten Wert gehalten, während der Widerstand 512 inkrementell eingestellt wird, indem Steuerbits von dem Datenregister 128 (siehe 1) verwendet werden, wie in 6 dargestellt. In anderen Ausführungsformen ist der Kondensator 510 ebenfalls variabel, wie in 7 dargestellt. Wie in 7 veranschaulicht, werden Varaktoren (variable in Sperrrichtung vorgespannte pn-Übergänge) 700 mit den Kondensatoren 702 und 704 verwendet, um einen spannungsvariablen Kondensator 510 zu erzeugen. Durch Anlegen einer Spannung (z. B. 0 Volt - 4 Volt) an den Spannungseingang 128 (siehe 1) kann der Wert des Kondensators 510 variiert werden, wodurch die Mittenfrequenz der Biquad-Filterschaltung 300 eingestellt wird.As can be seen, the center frequency of the biquad filter circuit 300 given by the equation: center frequency = 1 / 2C f R f , where R f is the resistance 512 and C f is the capacitor 510 is. Accordingly, by varying the resistance 512 and / or the capacitor 510 the center frequency of the biquad filter circuit 300 be set. According to some exemplary embodiments, the capacitor becomes 510 held at a constant value while the resistor 512 is set incrementally by adding control bits from the data register 128 (please refer 1 ), as in 6 shown. In other embodiments, the capacitor is 510 also variable, as in 7 shown. As in 7 illustrate varactors (variable reverse biased pn junctions) 700 with the capacitors 702 and 704 used a voltage variable capacitor 510 to create. By applying a voltage (eg 0 volts - 4 volts) to the voltage input 128 (see 1 ) can be the value of the capacitor 510 be varied, reducing the center frequency of the biquad filter circuit 300 is set.

8 ist ein schematisches Diagramm des Ausgangspuffers 110 (siehe 1). Der Ausgangspuffer 110 arbeitet, um die Treiberfähigkeit des abstimmbaren Bandpassfilters zu erhöhen, um die Last mit niedriger Impedanz (z. B. 50 Ohm) anzusteuern. Wie in 8 veranschaulicht, ist der Differenzausgang 108 von der Bandpassfilterschaltung 104 durch einen Widerstand 800 und einen Operationsverstärker 802 resistiv gekoppelt. Der invertierende Ausgang 804 des Operationsverstärkers 802 wird verwendet, um einen Treibertransistor 806 vorzuspannen, während der nicht-invertierende Ausgang 808 dazu verwendet wird, den Treibertransistor 810 vorzuspannen. Die Treibertransistoren 806 und 810 liefern das Pufferausgangssignal 114 an den Differenzausgang des Filters 102 (siehe 1). 8th is a schematic diagram of the output buffer 110 (please refer 1 ). The output buffer 110 operates to increase the drive capability of the tunable bandpass filter to drive the load with low impedance (eg, 50 ohms). As in 8th is the difference output 108 from the bandpass filter circuit 104 through a resistance 800 and an operational amplifier 802 resistively coupled. The inverting output 804 of the operational amplifier 802 is used to drive a driver 806 while the non-inverting output 808 is used to drive the driver 810 pretension. The driver transistors 806 and 810 provide the buffer output 114 to the difference output of the filter 102 (please refer 1 ).

9 ist eine Darstellung 900 der abstimmbaren Bandpassausgabe, die von dem abstimmbaren Bandpassfilter 100 bereitgestellt wird (siehe 1). Wie zuvor erörtert, können unter Verwendung von vier Steuerbits 126 pro Filterstufe (siehe 3-4) aus dem Datenregister 124 sechzehn mögliche Zustände des Abstimmwiderstands 512 (siehe 6) digital programmiert werden. 9 veranschaulicht jeden der 16 möglichen Zustände (von links nach rechts), die eine Bandpassbreite von ungefähr 140 MHz über einen Abstimmbereich von ungefähr 700 MHz bis 3 GHz bereitstellen. Eine Außerband-Signalunterdrückung von mehr als 35 dB ist für einen Bandpassfilter 3. Ordnung (siehe 3) und mehr als 40 dB ist für einen Bandpassfilter 5. Ordnung (siehe 4) erreichbar, wobei sich alle Abstimmkomponenten auf dem abstimmbaren aktiven Einzelchip-Bandpassfilter 100 befinden. 9 is a representation 900 the tunable bandpass output produced by the tunable bandpass filter 100 is provided (see 1 ). As previously discussed, using four control bits 126 per filter stage (see 3 - 4 ) from the data register 124 sixteen possible states of tuning resistance 512 (please refer 6 ) are digitally programmed. 9 illustrates each of the 16 possible states (from left to right) that provide a band-pass bandwidth of approximately 140 MHz over a tuning range of approximately 700 MHz to 3 GHz. An out of band signal rejection of more than 35 dB is for a bandpass filter 3 , Order (see 3 ) and more than 40 dB is for a bandpass filter 5 , Order (see 4 ), with all tuning components on the tunable single chip active bandpass filter 100 are located.

Wie zu erkennen ist kann, während eine Filteranordnung einer 3. Ordnung (3) und einer 5. Ordnung (4) zur Veranschaulichung exemplarischer Ausführungsformen beschrieben wurde, ein Filter beliebiger Ordnung unter Verwendung der Lehren der vorliegenden Offenbarung erzeugt werden. Die exemplarischen Ausführungsformen sind nicht einschränkende Beispiele, die die hinzugefügter Ansprüche unterstützen.As can be seen, while a 3rd order filter assembly ( 3 ) and a 5th order ( 4 ), to illustrate exemplary embodiments, a filter of arbitrary order may be created using the teachings of the present disclosure. The exemplary embodiments are non-limiting examples that support the appended claims.

Während mindestens ein exemplarischer Aspekt in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung dargestellt worden ist, sollte darauf hingewiesen werden, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es versteht sich weiterhin, dass der exemplarische Aspekt bzw. die exemplarischen Aspekte lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Vorstehende ausführliche Beschreibung bietet Fachleuten vielmehr eine zweckmäßige Roadmap zur praktischen Anwendung eines in der Offenbarung angegebenen exemplarischen Aspektes. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, die in einem exemplarischen Aspekt beschrieben sind, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.While at least one exemplary aspect has been illustrated in the foregoing detailed description of the invention, it should be understood that a large number of variations exist. It is further understood that the exemplary aspect (s) are merely examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the disclosure in any way. Rather, the foregoing detailed description provides those skilled in the art with a convenient roadmap for practicing an exemplary aspect set forth in the disclosure. It should be understood that various changes can be made in the function and arrangement of elements described in an exemplary aspect without departing from the scope of the disclosure as set forth in the appended claims.

Claims (10)

Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter, umfassend: eine Bandpassfilterschaltung, die auf dem Einzelchip ausgebildet ist, worin die Bandpassfilterschaltung mit einem Eingang gekoppelt ist, der auf dem Einzelchip ausgebildet und dazu konfiguriert ist, ein bandpassgefiltertes Ausgangssignal an einen auf dem Einzelchip ausgebildeten Ausgang bereitzustellen; alle Abstimmkomponenten für die auf dem Einzelchip ausgebildete Bandpassfilterschaltung; und mindestens einen Abstimmeingang, der auf dem Einzelchip ausgebildet und mit allen Abstimmkomponenten zum Abstimmen der Bandpassfilterschaltung auf eine programmierte Mittenfrequenz gekoppelt ist; worin keine Abstimmkomponenten außerhalb des Einzelchips liegen, um die Bandpassfilterschaltung auf die programmierte Mittenfrequenz abzustimmen.Tunable single-chip bandpass filter, comprising: a bandpass filter circuit formed on the single chip, wherein the bandpass filter circuit is coupled to an input formed on the single chip and configured to provide a bandpass filtered output signal to an output formed on the single chip; all tuning components for the single-chip bandpass filter circuit; and at least one tuning input formed on the single chip and coupled to all of the tuning components for tuning the bandpass filter circuit to a programmed center frequency; wherein no tuning components are external to the single chip to tune the bandpass filter circuit to the programmed center frequency. Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter nach Anspruch 1, worin die Bandpassfilterschaltung eine Biquad-Bandpassfilterschaltung umfasst, die auf dem Einzelchip über einen BiCMOS-Prozess ausgebildet ist.Tunable single-chip bandpass filter after Claim 1 wherein the bandpass filter circuit comprises a biquad bandpass filter circuit formed on the single chip via a BiCMOS process. Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter nach Anspruch 1, der ferner einen Ausgangspuffer zwischen der abstimmbaren Bandpassfilterschaltung und dem auf dem Einzelchip ausgebildeten Ausgang umfasst.Tunable single-chip bandpass filter after Claim 1 further comprising an output buffer between the tunable bandpass filter circuit and the output formed on the single chip. Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter nach Anspruch 1, worin die gesamten Abstimmkomponenten eine programmierbare Widerstandsschaltung umfassen, die mit dem mindestens einen Abstimmeingang gekoppelt ist.Tunable single-chip bandpass filter after Claim 1 wherein the entire tuning components include a programmable resistor circuit coupled to the at least one tuning input. Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Datenregister, das auf dem Einzelchip zwischen dem mindestens einen Abstimmeingang und der programmierbaren Widerstandsschaltung angeordnet ist, um Abstimmdaten zum Auswählen der programmierten Mittenfrequenz bereitzustellen.Tunable single-chip bandpass filter after Claim 4 , further comprising a data register disposed on the single chip between the at least one tuning input and the programmable resistor circuit to provide tuning data for selecting the programmed center frequency. Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter nach Anspruch 5, ferner umfassend eine serielle Programmierschnittstelle, die auf dem Einzelchip zwischen dem mindestens einen Abstimmeingang und dem Datenregister ausgebildet und dazu konfiguriert ist, einen seriellen Datenstrom in die in dem Datenregister gespeicherten Abstimmdaten umzuwandeln, um die programmierbare Widerstandsschaltung zu programmieren, um die programmierte Mittenfrequenz auszuwählen.Tunable single-chip bandpass filter after Claim 5 and further comprising a serial programming interface formed on the single chip between the at least one tuning input and the data register and configured to convert a serial data stream into the tuning data stored in the data register to program the programmable resistance circuit to select the programmed center frequency. Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter nach Anspruch 4, worin die gesamten Abstimmkomponenten ferner einen spannungsvariablen Kondensator umfassen, der mit dem mindestens einen Abstimmeingang gekoppelt ist.Tunable single-chip bandpass filter after Claim 4 wherein the entire tuning components further comprise a voltage variable capacitor coupled to the at least one tuning input. Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter nach Anspruch 7, worin der mindestens eine Abstimmeingang einen Spannungseingang umfasst, der mit dem spannungsvariablen Kondensator gekoppelt ist, um die programmierte Mittenfrequenz auszuwählen.Tunable single-chip bandpass filter after Claim 7 wherein the at least one tuning input comprises a voltage input coupled to the voltage variable capacitor to select the programmed center frequency. Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter nach Anspruch 1, worin der Eingang und der Ausgang, die auf dem Einzelchip gebildet sind, ferner einen differenziellen Eingang und einen differenziellen Ausgang umfassen, die auf 50 Ohm abgestimmt sind.Tunable single-chip bandpass filter after Claim 1 wherein the input and the output formed on the single chip further comprise a differential input and a differential output tuned to 50 ohms. Abstimmbarer Einzelchip-Bandpassfilter nach Anspruch 4, worin die Bandpassfilterschaltung eine Biquad-Bandpassfilterschaltung dritter Ordnung oder eine Biquad-Bandpassfilterschaltung fünfter Ordnung umfasst.Tunable single-chip bandpass filter after Claim 4 wherein the bandpass filter circuit comprises a third order biquad bandpass filter circuit or a fifth order biquad bandpass filter circuit.
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